Svaki predmet, bačen uvis, prije ili kasnije završi na površini zemlje, bilo da je to kamen, komad papira ili jednostavno pero. Istovremeno, satelit lansiran u svemir prije pola stoljeća, svemirska postaja ili Mjesec nastavljaju rotirati u svojim orbitama, kao da na njih uopće ne utječe sila gravitacije našeg planeta. Zašto se ovo događa? Zašto Mjesec ne prijeti da padne na Zemlju, a Zemlja se ne kreće prema Suncu? Ne utječe li na njih gravitacija?
Iz školskog tečaja fizike znamo da univerzalna gravitacija utječe na svako materijalno tijelo. Tada bi bilo logično pretpostaviti da postoji određena sila koja neutralizira učinak gravitacije. Ova sila se naziva centrifugalna. Njegovo djelovanje je lako osjetiti tako da se na jedan kraj konca veže mali teret i okreće se po obodu. U ovom slučaju, što je veća brzina rotacije, to je jača napetost niti, išto sporije rotiramo teret, veća je vjerojatnost da će pasti.
Dakle, vrlo smo blizu konceptu "kozmičke brzine". Ukratko, može se opisati kao brzina koja svakom objektu omogućuje da prevlada gravitaciju nebeskog tijela. Planet, njegov satelit, Sunčev sustav ili drugi sustav mogu djelovati kao nebesko tijelo. Svaki objekt koji se kreće u orbiti ima prostornu brzinu. Inače, veličina i oblik orbite svemirskog objekta ovisi o veličini i smjeru brzine koju je ovaj objekt primio u trenutku kada su motori ugašeni, te o visini na kojoj se taj događaj dogodio.
Svemirska brzina je četiri vrste. Najmanji od njih je prvi. Ovo je najmanja brzina koju svemirska letjelica mora imati da bi ušla u kružnu orbitu. Njegova vrijednost može se odrediti sljedećom formulom:
V1=õ/r, gdje je
µ - geocentrična gravitacijska konstanta (µ=39860310(9) m3/s2);
r je udaljenost od točke lansiranja do središta Zemlje.
Zbog činjenice da oblik našeg planeta nije savršena lopta (na polovima je donekle spljoštena), udaljenost od središta do površine najveća je na ekvatoru - 6378.1 • 10(3) m, a najmanje na polovima - 6356,8 • 10(3) m. Ako uzmemo prosječnu vrijednost - 6371 • 10(3) m, tada ćemo dobiti V1 jednak 7,91 km/s.
Što više kozmička brzina premašuje ovu vrijednost, to će orbita postati izduženija, udaljavajući se od Zemlje za sveveća udaljenost. U nekom trenutku, ova orbita će se slomiti, poprimiti oblik parabole, a letjelica će otići u svemir za surfanje. Da bi napustio planet, brod mora imati drugu svemirsku brzinu. Može se izračunati pomoću formule V2=√2µ/r. Za naš planet, ova vrijednost je 11,2 km/s.
Astronomi su dugo odredili koliko je kozmička brzina, i prva i druga, jednaka za svaki planet našeg matičnog sustava. Lako ih je izračunati korištenjem gornjih formula, ako zamijenimo konstantu µ umnoškom fM, u kojem je M masa nebeskog tijela od interesa, a f je gravitacijska konstanta (f=6,673 x 10(-11) m3/(kg x s2).
Treća kozmička brzina omogućit će svakoj svemirskoj letjelici da prevlada gravitaciju Sunca i napusti prirodni Sunčev sustav. Ako ga izračunate u odnosu na Sunce, dobivate vrijednost od 42,1 km/s. A da biste sa Zemlje ušli u skoro solarnu orbitu, morat ćete ubrzati do 16,6 km/s.
I, konačno, četvrta kozmička brzina. Uz njegovu pomoć možete prevladati privlačnost same galaksije. Njegova vrijednost varira ovisno o koordinatama galaksije. Za našu Mliječnu stazu, ova vrijednost je približno 550 km/s (kada se izračuna u odnosu na Sunce).
